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电子如何能发射光子?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-12-13 10:49:40

从经典力学的观点来看,自由电子既不能发射也不能吸收光子,因为能量和动量在自然界中都是守恒的。

质量粒子相对运动时的能量E由质量(m)与动量(p)的关系求得:

电子如何能发射光子?

这里的c只是一个“汇率”数字,以纠正我们历史上选择的单位。如果我们选择了自然单位,c就等于1,这让关系更直观一些。

这幅图显示了爱因斯坦的E^2=(mc^2)^2+(pc)^2的可视化表示。所以,对角线的长度和这个图的高度都是守恒量。

如果这个粒子对观察者来说不是相对运动的,那么它所有的能量都只存在于它的质量中,只留下更广为人知的E=mc^2。

光子没有质量,所以它所有的能量完全被发现在它的动量中,只留下E=pc。

现在,想象一下由自由电子吸收一个光子,光子的能量在其动量,只有上面的高度成正比的图,接近这个自由电子不是在相对运动的参考系,所以只有能量成正比的底部上面的图。所以在这两个相遇的粒子中没有质量/动量的混合状态。

在它们结合之后,它们会形成混合状态,就像三角形一样。

在这个新的三角形对角线上的总能量(守恒的),应该是这两个粒子的总能量E=pc+mc^2,加上早期自由电子的底线和光子的高度线。总动量(也是守恒的)在这个新三角形中这两个结合的粒子的高度将只有p,只有光子的早期高度:

电子如何能发射光子?

如果这个自由电子确实能吸收光子,同时保存能量和动量,(静止)质量(底部)就必须增加(因为这在本质上不是守恒性质)。但电子的质量不能改变,因为它是基本粒子。

另一方面,与原子核结合的电子的总质量可以改变,因为作为原子,结合后的离子和电子可以进入激发态,它有更多的静止能量/质量:

电子如何能发射光子?

但是,我们的现实不是经典的,而是量子的。在这个现实中,能量守恒实际上可以暂时被打破,这就允许你所附的文章中提到的这些虚拟光子存在。
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